JP2019127615A

JP2019127615A - 高炉の原料装入方法

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Publication number: JP2019127615A
Application number: JP2018008901A
Authority: JP
Inventors: 将大燒谷; Masahiro Yakitani; 笠井　昭人; Akito Kasai; 昭人笠井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-08-01

Abstract

【課題】鉱石傾斜角を増大させ、炉内の通気性改善(圧損低減)を行う。【解決手段】本発明の高炉１の原料装入方法は、ペレット比率が２０〜４０％の鉱石２を、コークス３と交互に層状になるように、ベル・アーマー方式で高炉１の炉内に装入するに際し、１チャージ分の原料装入操作では、コークス装入操作を２バッチに亘って行った後、鉱石装入操作を複数バッチ回に亘って行い、１バッチ目、２バッチ目のコークス装入操作、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開度及び開速度を等しくし、最終バッチの鉱石装入操作においては、コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開速度の平均値ＵCに対する開速度比（ＵOlast/ＵC）を０．２〜０．７とするか、または、コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開度の平均値に対する開度比（ｈOlast/ｈC）を０．３〜０．７とするか、または、前述の両条件を同時に満たすようにして、最終バッチの鉱石２を装入する。【選択図】図１

Description

本発明は、ベル・アーマーを用いて高炉内に原料を装入する高炉の原料装入方法に関するものである。

従来より、高炉では、炉頂部より鉱石とコークスを交互に層状に装入し、且つ炉下部に備えられている羽口より熱風（高温の空気＋酸素）を送風することで、鉱石を昇温還元しつつ溶銑が製造されている。このような固気向流型の反応炉である高炉において安定した操業を行うためには、羽口より吹き込まれた空気の炉内での通気性を確保する、言い換えれば、充填層の圧力損失（圧損）を低位に保ち、荷下がりを安定させることが重要である。

高炉に装入される原料については、還元材としてコークスなどが用いられ、鉱石としては焼結鉱、鉄鉱石ペレット、塊鉱石、メタルなどが代表的に用いられている。これらの原料のうち、コークスについては、高炉内で上述した「還元材」としての役割以外に、「熱源」、「加炭材」、「スペーサー」としての役割を果たすことが知られている。すなわち、コークスには、レースウェイで燃焼（C+O₂→CO₂）に用いられる「熱源」の役割、鉱石還元に必要なCOガスを生成（C+CO₂→2CO、FeO_n+nCO→Fe+nCO₂）する「還元材」の役割、溶鉄へ浸炭し融点を低下させる「加炭材」の役割、通気通液性を確保するための「スペーサー」の役割がある。

なお、羽口から吹き込む補助燃料（代表的には微粉炭(PC)）でも、上述した「熱源」、「還元材」、「加炭材」の役割を担うことは可能である。しかし、通気通液性を確保するための「スペーサー」の役割は、コークスでしか担うことができない。
特に、近年の高炉操業においては、CO₂削減や石炭資源の劣質化対応として低コークス比、高PC比操業が志向されているが、低コークス比操業を行うとスペーサーとして機能するコークス量が低下するため炉内通気性が悪化するという問題（結果として、操業が不安定化するという問題）が生じる。したがって、低コークス比操業の実現に向けては、低コークス比しても通気改善（圧損低減）ができるような何らかの手段を講じることが必要である。

つまり、高炉操業では、装入物分布(高炉半径方向での鉱石とコークスの層厚比)を変化させることで、炉内でのガス流れを制御している。具体的には、鉱石とコークスでは、コークスの方が粒径が大きく、コークス層の方が充填層空隙率が大きいため、高炉内の鉱石とコークスの層厚比(鉱石層厚/コークス層厚)が大きいほどガスが流れにくくなる。
また、高炉内には鉱石層が溶融して相互に融着した領域(以下、融着帯)が存在する。このような融着層は通気抵抗が大きくガスが流れにくいため、炉内上昇ガスは融着帯を避けてコークススリット側を水平方向に通過する傾向がある。それゆえ、一般的な高炉操業では、圧損が高い融着帯を逆Ｖ型に形成することで中心ガス流を維持し、炉内圧損を低下させつつ安定した操業を可能としている。

上述した鉱石層やコークス層は、ベル・アーマーなどを用いて原料を炉内に装入することで形成されている。詳しくは、ベルカップから排出された原料は、アーマー（反発板）で反発させられて炉内へ装入される。このアーマーの押出し距離によって周辺部の装入物分布が制御可能となっている。
また、ベルカップから周辺部に向かう原料の装入ルートとは別に、塊コークスの一部を専用のシュートから高炉の中心部に装入する原料装入方式（いわゆる、コークス中心装入方式）が採用される場合もある。このようなコークス中心装入では、高炉中心部の装入物分布は中心コークスの装入質量により制御されている。さらに、高炉の中間部の装入物分布は装入したコークスと鉱石の傾斜角度の差に依存しており、鉱石の傾斜角を増大させることで高炉の通気性が良好になることが知られている。

例えば、上述したベル・アーマーを用いた原料装入技術においては、以下の特許文献１〜特許文献４に示すような手段で通気性の改善が行われている。
特許文献１は、ベル高炉の操業においてコークス等の固体炉芯部の活性化を図り、通気性を良好に保ち、炉況を安定に維持することに最適な高炉中心ガス流の強化方法を提供することを目的としている。

具体的には、特許文献１は、高炉内へコークスと鉱石を層状に装入するベル高炉の操業において、先に装入した高炉内のコークス表面に鉱石を装入するに当たり、大ベル上を排出する鉱石の排出速度を調節することで、高炉の炉芯部の通気性を常に適正な状態に保つ技術を開示している。
特許文献１の作用効果としては、高炉操業時における炉芯部の活性度に応じて、コークスを炉半径方向でその分布を適正かつ確実に形成させることができ、適切な高炉内融着帯形状を安定して得ることが可能となったため、炉芯部の通気性を常に適正な状態に保つことができるとされている。つまり、特許文献１では、炉芯部コークス層の通気性・通液性不良に由来する炉況異常をきたすことなく推移させることができ、高炉操業状況を安定に維持しつつ高レベルの操業を確保することができる。

特許文献２は、軸心部に形成される円柱形状の中心コ−クス堆積層の径を任意に変更できる原料装入方法を提供することを目的としている。
具体的には、特許文献２は、ベル式高炉の炉頂部にコークス専用投入シュ−トを設けて、中心コ−クスを高炉の軸心部に装入する方法において、中心コ−クスとその他の装入原料の供給速度を中心コ−クス堆積層の径が所定の値となるように制御することを特徴とするベル式高炉における原料装入方法を開示している。

特許文献２の作用効果としては、軸心部近傍のガス流速分布の制御性が向上するので、原料性状の変動や炉壁付着物の生成などにより、炉内の通気性が悪化した場合には、特許文献２の技術を適用して、軸心部の中心コ−クスの堆積層の円柱形状の径が大きくなるように制御して、炉内通気性を改善することができる。反対に、原料性状の変動により、炉内通気性が良くなりすぎて炉の還元効率が悪化し、燃料比の上昇が見られる場合には、特許文献２の技術を適用して、軸心部の中心コ−クスの堆積層の円柱形状の径が小さくなるように制御して、軸心部への鉱石や劣質原料の流れ込みを完全にブロックしつつ、中心ガス流を低下させることができ、炉の還元効率を向上させることができる。

特許文献３は、高炉操業における炉内カスの分布状態、すなわち炉内半径方向のガス組成分布あるいはガス温度分布を制御することを目的としている。
具体的には、特許文献３は、ベル式高炉の炉内ガス分布の制御に際し、炉頂における炉内半径方向のガス組成分布あるいはガス温度分布に基づいて、ベル開度またはベル開速度を調整して、装入物の炉内半径方向の落下軌跡を変化させることによって、装入物の炉内分布状態を調整して炉内ガス分布を制御することを特徴とする高炉炉内ガス分布制御方法を開示している。

特許文献３の作用効果としては、炉内ガス温度の分布あるいはベル開速度を調整することで、所望のガス分布を得ることが可能なので、常に適正なガス分布を得ることができるとされている。
特許文献４は、大ベルの開度、開速度の１以上を自動制御して半径方向の装入原料分布の調整および細粒原料使用量の増加を可能ならしめる方法を改良することを目的としている。

具体的には、特許文献４は、ベル式高炉において、装入原料の粒度構成を高炉々内に装入する直前に測定し、測定した粒度構成の特に大塊原料の比率に基づいて当該原料の炉内装入所要時間を予測し、当該予測時間が設定した炉内装入時間と異なる場合に、大ベルの開度、開速度の1以上を制御して当該原料の炉内装入所要時間に維持しようとする高炉の原料装入方法を開示している。この特許文献４では、特に大塊原料として25mm以上の粒度の原料比率に基いて当該原料の炉内装入所要時間を予測するものとしている。

特許文献４の作用効果としては、簡単な設備で装入原料の大塊比率のみを計測して装入時間を予測し、これに基づいて大ベルの開度、開速度の1以上をフィードフォーワード制御することにより、大ベル操作法において装入物分布制御を微細且つ高精度で行うことを可能ならしめたもので、ガス流分布の所期の目的を容易に達成できるといった効果が挙げられる。

特開２０００−２７３５０８号公報特開２０００−２６５２０３号公報特開昭５９−９１０９号公報特開平０１−０４２５０８号公報

ところで、特許文献１を参照すると、鉱石傾斜角を制御することで炉内圧損の低減を狙ったものでなく、中心コークス堆積層の径を制御している。また、鉄鉱石ペレットについての詳細な記載がされていない。さらに、ベル開速度についての詳細な記載もされていない。すなわち、特許文献１は、目的、技術的課題、作用効果が、本願発明と異なるものである。

特許文献２を参照すると、鉱石傾斜角を制御することで炉内圧損の低減を狙ったものでなく、中心コークス堆積層の径を制御するものとなっている。また、特許文献２は１バッチ目の鉱石装入においてベル開速度が小さいケースがあり、下ベル制御方法が異っている。さらに、特許文献２は、鉄鉱石ペレットについての詳細な記載がされていない。すなわち、特許文献２は、目的、作用効果が、本願発明と異なるものである。

特許文献３を参照すると、鉱石傾斜角を制御することで炉内圧損の低減を狙ったものでなく、炉内半径方向のガス組成分布あるいはガス温度分布を制御している。また、特許文献３は１バッチ目の鉱石装入においてベル開速度が小さいケースがあり、下ベル制御方法が異っている。さらに、特許文献３は、鉄鉱石ペレットについての詳細な記載がされていない。すなわち、特許文献３は、目的、作用効果が、本願発明と異なるものである。

特許文献４を参照すると、鉱石傾斜角を制御することで炉内圧損の低減を狙ったものでなく、細粒原料使用量の増加を目的とするものとなっている。この特許文献４でも、鉄鉱石ペレットについての詳細な記載がされていない。すなわち、特許文献４も、目的、作用効果が、本願発明と異なるものである。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、最終バッチの鉱石装入時における下ベル開速度、最終開度を低下させることにより、鉱石傾斜角を増大させ、高炉内の通気性改善(圧損低減)が可能であると共に、通気余裕を活用したコークス比の低減が可能である高炉の原料装入方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の高炉の原料装入方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の高炉の原料装入方法は、鉱石中のペレット比率が２０〜４０％とされた鉱石を、コークスと交互に層状になるように、ベル・アーマー方式の原料装入装置を用いて高炉の炉内に装入する原料装入操作を、複数のチャージに亘って繰り返し行う高炉の原料装入方法において、前記１チャージ分の原料装入操作では、前記コークスを装入するコークス装入操作を２バッチに亘って行った後、前記鉱石を装入する鉱石装入操作を複数バッチ回に亘って行い、前記１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開度を等しくしたまま前記コークス及び鉱石を装入するものとし、且つ前記１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開速度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開速度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開速度を等しくしたまま前記コークス及び鉱石を装入するものとし、前記複数バッチ回のうちの最終バッチの鉱石装入操作においては、前記コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開速度の平均値Ｕ_Cと、前記鉱石装入操作の最終バッチの開速度Ｕ_Olastとの比である開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が０．２〜０．７となる条件、または、前記コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開度の平均値ｈ_Cと、前記鉱石装入操作の最終バッチの開度ｈ_Olastとの比である開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が０．３〜０．７となる条件の少なくとも一方を満足するように、前記最終バッチの鉱石を装入することを特徴とする。

本発明の高炉の原料装入方法によれば、最終バッチの鉱石装入時における下ベル開速度、最終開度を低下させることにより、鉱石傾斜角を増大させ、高炉内の通気性改善(圧損低減)が可能であると共に、通気余裕を活用したコークス比の低減が可能である。

本発明の原料装入方法により原料が装入される高炉を示した図である。本発明の原料装入方法による原料装入手順を模式的に示す断面図である。高炉への原料の装入状態を、原料中にペレットが使用された場合と、使用されていない場合とで比較した断面のイメージ図である。本発明の原料装入方法により高炉に装入された原料の装入状態を示す断面図である。開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が鉱石傾斜角に与える影響をまとめた図である。開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が鉱石傾斜角に与える影響をまとめた図である。コークス比と炉内圧損との関係を示した図である。ベルの開度と開速度との関係を説明した図である。

以下、本発明にかかる高炉１の原料装入方法の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
本発明は、鉄鉱石ペレットを含む鉱石２と、コークス３とを交互に層状に装入する高炉１の原料装入方法に関する技術である。具体的には、本発明の原料装入方法は、鉱石２中のペレット比率（鉄鉱石ペレットの比率）が２０〜４０％とされた鉱石２を、コークス３と交互に層状になるように、ベル・アーマー方式の原料装入装置４を用いて高炉１の炉内に装入する原料装入操作を、複数のチャージに亘って繰り返し行うものとなっている。この１チャージ分の原料装入操作では、コークス３を装入するコークス装入操作を２バッチに亘って行った後、鉱石２を装入する鉱石装入操作を複数バッチ回に亘って行うものとなっている。

まず、本発明の原料装入方法が行われる高炉１について説明する。
図１に示すように、高炉１は、炉頂部より鉱石２とコークス３を交互に層状に装入し、且つ炉下部に備えられている羽口５より熱風（高温の空気＋酸素）を送風することで、鉱石２を昇温還元しつつ溶銑が製造する設備である。具体的には、高炉１では、炉頂から塊鉱石、鉄鉱石ペレット、焼結鉱、石灰石等の鉱石原料（鉱石２）とコークス３とが交互に層状に装入され、炉下部の羽口５から熱風を吹き込んで、鉱石原料の還元、溶融等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造している。

このような高炉１への原料装入は本発明ではベル・アーマーを用いて行われており、本発明の高炉１はベル・アーマー方式となっている。具体的には、本発明の高炉１は、コークス３を炉中心に装入しつつ、ベル・アーマーを用いて周辺部（炉の外周部）に原料を装入するものとなっている。ベルやアーマー７を用いないベルレス式の高炉は、本発明の高炉１には含まれない。

図２に示すように、ベル・アーマーを用いた原料装入方法では、ベルカップ６から排出された原料は、アーマー７(反発板)で反発されて炉内へ装入される。原料の落下位置はアーマー７の押し出し量により調整を行うことができる。ベル・アーマーを用いて装入を行うと、装入された原料の一部は、先に堆積していた層の傾斜角に合わせて、落下位置から炉内側へ流れ込み、炉内に原料が堆積する。

より詳しく説明すれば、本実施形態のベル・アーマーは、下方に向かうにつれて広がる円錐形状のベルカップ６を上下に１つずつ有しており、これら上下のベルカップ６はいずれも上下方向に移動可能となっている。つまり、上側のベルカップ６を下方に移動させると、ベルカップ６の上方に隙間が形成され、この隙間を通して所定量の原料を落下させることができる。次に、上側のベルカップ６を上方に動かして隙間を閉じてから、下側のベルカップ６を上側のものと同様に下方に移動させる。そうすると、下側のベルカップ６の上方に隙間が形成され、炉内に所定量の原料を落下させることができる。なお、以降では、本発明の原料装入方法で制御の対象となる下側のベルカップ６を、単にベルと呼ぶ。

一方、本発明の原料装入方法は、上述したように高炉の中心部にコークスを装入する「コークス中心装入技術」を行うものとなっている。この「コークス中心装入技術」は、図２に示すように、コークス３の一部をベルカップ６から炉内に装入し、残ったコークス３をベルカップ６経由の装入ルートとは別ルートで高炉１中心部へ装入するものである。このような高炉１の中心部へのコークス３の装入は、コークス装入用のシュート８などを用いて行われる。このような「コークス中心装入技術」を行えば、炉の中心部に通気性に富むコークス３を装入することができ、炉の中心部にガスを安定して流すことができるとされている（「ふぇらむ」,Vol.9(2004) No.10、 p721〜728、参照）。

すなわち、上述した中心装入が行われる高炉１では、中心部に装入されたコークス３により炉の中心部にガスを安定して流すことができ、逆Ｖ字型の融着帯を形成させて、炉内の通気性を確保することができる。つまり、高炉１内のガスは鉱石２よりも粒径および充填層空隙率の大きいコークス３側を優先的に流れるため、炉内のガス流れは鉱石２層厚(Lo)とコークス３層厚(Lc)の層厚比(Lo/Lc)で制御することができ、層厚比(Lo/Lc)を小さくするほどガスを流れ易くすることができる。

次に、上述したベル・アーマーやコークス中心装入技術を用いて高炉１に装入される原料について説明する。
以降、本明細書においては、表１に示すような定義のパラメータ及び用語を用いる。

高炉１に装入する鉱石２の原料には、焼結鉱、鉄鉱石ペレット、塊鉱石、メタル等がある。焼結鉱は、粉鉱石に粉コークスと石灰石を混合し、焼結処理を施した高炉用の鉱石原料である。この焼結鉱は、平均粒径がおよそ15〜25mm程度であり、形状は不定形状とされている。塊鉱石は、粒径が4〜40mm程度の塊状の鉄鉱石である。鉄鉱石ペレットは、高炉１に用いられる原料の1つであり、微粉鉱石(約300μm以下)に水と粘結材を加えて球形に造粒したものであり、粒径はおよそ9〜13mm程度である。

ところで、上述した原料の中でも、鉄鉱石ペレットは外形形状が球形であり、傾斜面に沿って転がりやすい性質を有している。そのため、高炉１に装入される鉱石中における鉄鉱石ペレットの割合（以降、ペレット比率という）が増加すると、先に装入されていた原料の斜面に沿って装入された鉄鉱石ペレットが転がり、結果として鉱石傾斜角を低下させてしまう虞がある。この鉱石傾斜角とは、炉内に装入された鉱石２が水平面に対して為す角度であり、鉱石傾斜角が低い場合には炉内の中心ガス流が減衰して通気性が悪化する。逆に、鉱石傾斜角が高い角度であれば炉内の通気性が良好に保たれる。つまり、鉱石傾斜角が低下しないようにすれば、炉内の通気性の悪化を抑制することができ、炉内の通気性を改善することができる。

そこで、本発明の原料装入方法では、鉱石２中のペレット比率を増加させても、鉄鉱石ペレットの転がりを極力抑えられるように、原料を装入する際の装入条件を見出し、大きな鉱石傾斜角を維持して良好な通気性を確保できるようにしている。なお、上述した鉱石傾斜角は鉱石２の最終バッチの装入をどのように行うかにより専ら決定される。
次に、高炉１へ原料を装入する際の手順について説明する。

上述した高炉１に原料を装入するに際しては、以降に示すようなコークス装入操作と鉱石装入操作とを組み合わせた原料装入のチャージを繰り返し行う。すなわち、本発明の原料装入方法では、コークス３を装入するコークス装入操作を２バッチに亘って行った後、鉱石２を装入する鉱石装入操作を複数バッチ回に亘って行う。例えば、１バッチ目のコークス装入操作を「CI」、２バッチ目のコークス装入操作を「CII」、１バッチ目の鉱石装入操作を「OI」、２バッチ目の鉱石装入操作を「OII」とした場合に、１バッチ目のコークス装入操作→２バッチ目のコークス装入操作→１バッチ目の鉱石装入操作→２バッチ目の鉱石装入操作（以降では、上述した記号を用いてCI-CII-OI-OIIと表現する場合がある)を１チャージとして、この１チャージの操作のサイクルを繰り返しながら原料の装入を行う。

なお、上述した原料装入は、炉の中心部を除く、炉の外周側に対してのものである。炉の中心部に対してコークス３を装入するに際しては、２バッチ目のコークス装入操作CIIと１バッチ目の鉱石装入操作OIとの間、あるいは１バッチ目の鉱石装入操作OIと２バッチ目の鉱石装入操作OIIとの間に装入する。
上述した鉱石装入操作及びコークス装入操作を行う際は、ベル・アーマーのベル（下側のベルカップ６）の開度及び開速度を以下の２つの条件に従って制御する。

具体的には、第１の条件として、「ベルの開速度については、１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開度を等しくする。」という条件で、コークス３及び鉱石２を装入する。このベルの開度とは、ベル・アーマー（原料装入装置４）の下側に設けられたベル（ベルカップ６）の開度であり、下側のベルカップ６を下方に向かってどの程度の距離まで移動させるかを示すものである。言い換えれば、上述したベル開度とは、図９に示されたベル開度の時間変化において、最終的に到達するベル開度の大きさ（切片）を示すものに他ならない。

また、「ベルの開速度についても、１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開速度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開速度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開速度を等しくする。」という条件で、コークス３及び鉱石２を装入する。このベルの開速度とは、ベル・アーマー（原料装入装置４）の下側に設けられたベル（ベルカップ６）の開速度であり、下側のベルカップを下方に向かってどの程度の速さで開動するかを示すものである。言い換えれば、上述したベル開速度とは、図８に示されたベル開度の時間変化において、ベル開度の傾きを示すものに他ならない。

つまり、１バッチ目のコークス装入操作時、２バッチ目のコークス装入操作、及び１バッチ目の鉱石装入操作時で、ベル開度及びベル開速度を等しくするとは、これらの操作を行っている間は、ベルを同じ速度で同じ開度まで開きつつ原料を装入することに他ならない。
一方、第２の条件として、「コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開速度の平均値Ｕ_Cと、最終バッチの鉱石２装入バッチの開速度Ｕ_Olastの比である開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が０．２〜０．７となる条件」と「コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開度の平均値ｈ_Cと、最終バッチの鉱石２装入バッチの開度ｈ_Olastとの比である開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が０．３〜０．７となる条件」とのいずれか一方を満足するように、最終バッチの鉱石２を装入する。

上述した表１でも示したように、「Ｕ_C」は、コークス装入操作を行っている時のベルの開速度であり、１バッチ目のコークス装入操作の開速度と２バッチ目のコークス装入操作の開速度との平均値である。この「Ｕ_C」は、以下の式を用いて求めることができる。
Ｕ_C＝（Ｕ_CI +Ｕ_CII）／２
また、開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）とは、最終バッチの鉱石装入操作を行っている時のベル開速度(Ｕ_Olast)を、コークス装入操作を行っている時のベル開速度の平均値(Ｕ_C)で除した値であり、コークス装入操作を行っている時のベル開速度を基準として最終バッチの鉱石装入操作でのベル開速度をどの程度に制御するかを示している。

開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）の値が0.7より大きいと、ベルから炉内に供給される鉱石２の供給速度が極端に増加するため、最終バッチの鉱石装入操作において装入された鉱石２の鉱石傾斜角が低下し、炉内圧損が増加して、炉内の通気性が悪化する。
また、開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）の値が0.2より小さいと、ベルからの炉内に落下する際に鉱石２がベルで詰まりやすくなり、鉱石２の供給が不安定となって操業継続ができなくなる場合がある。

つまり、開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）の値を、0.2以上、且つ0.7以下とすることで、鉄鉱石ペレットの使用量が２０％〜４０％と多い鉱石２を用いても、鉱石傾斜角の低下を抑制する（鉱石傾斜角を増大する）ことができ、炉内圧損を改善して良好な通気性を実現することができる。
上述したように「コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開速度の平均値Ｕ_Cと、最終バッチの鉱石装入操作の開速度Ｕ_Olastの比である開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）を０．２〜０．７」に制御することで、ベルから炉内に排出される鉱石２の排出速度（炉内に供給される鉱石２の供給速度）を低減させることができ、最終バッチの鉱石装入操作において鉱石２傾斜角が低下することを抑制する（鉱石傾斜角を増大させる）ことが可能となる。

また、上述した表１でも示したように、「ｈ_C」は、コークス３装入時のベルの開度であり、１バッチ目の開度と２バッチ目の開度との平均値である。この「ｈ_C」は、以下の式を用いて求めることができる。
ｈ_C＝（ｈ_CI +ｈ_CII）／２
また、開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）とは、最終バッチの鉱石装入操作時のベル開度(ｈ_Olast)を、コークス装入操作時のベル開度の平均値(ｈ_C)で除した値であり、最終バッチの鉱石装入操作でのベル開度をコークス装入操作のベル開度に比してどの程度の開度に制御するかを示している。

開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）の値が0.7より大きいと、ベルから炉内に供給される鉱石２の供給速度が極端に増加するため、最終バッチの鉱石装入操作において装入された鉱石２の鉱石傾斜角が低下し、炉内圧損が増加し、炉内の通気性が悪化する。
開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）の値が0.3より小さいと、ベルからの炉内に落下する際に鉱石２がベルで詰まりやすくなり、鉱石２の供給が不安定となって操業継続ができなくなる場合がある。

つまり、開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）の値を、0.3以上、且つ0.7以下とすることで、鉄鉱石ペレットの使用量が２０％〜４０％と多い鉱石２を用いても、鉱石傾斜角の低下を抑制（鉱石傾斜角を増大）させることができ、炉内圧損を低下して良好な通気性を実現することができる。
なお、上述した開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）と開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）とは、少なくともいずれか一方のみの条件を満足すればよい。いずれか一方の条件を満足するだけでも、最終バッチの鉱石装入操作における鉱石２の炉内への供給速度が低下し、鉱石傾斜角の低下を防止できるので、炉内圧損の上昇を抑えることが可能となるからである。

次に、比較例及び実施例を用いて、本発明の原料装入方法が有する作用効果について詳しく説明する。
表２に示すように、実施例及び比較例は、容積が5400m³の実際の高炉１（実高炉）を用いて、原料の装入を行ったものである。この高炉１の出銑比は1.94t/m³/dayである。また、高炉１は、いずれの実施例及び比較例でも、ベル・アーマー方式のものであり、コークス中心装入を行ったものである。さらに、高炉１に装入される原料の鉱石２には、粒子形状が略球状の鉄鉱石ペレットが２０％〜４０％含まれている。

上述した実験条件において、１バッチ目のコークス装入操作→２バッチ目のコークス装入操作→１バッチ目の鉱石装入操作→２バッチ目の鉱石装入操作の４つの装入操作を１チャージとする原料装入操業を行った。また、この４つの装入操作を１チャージとする（４バッチを１チャージとする）原料装入操業とは別に、１バッチ目のコークス装入操作→２バッチ目のコークス装入操作→１バッチ目の鉱石装入操作→２バッチ目の鉱石装入操作→３バッチ目の鉱石装入操作の５つの装入操作を１チャージとする（５バッチを１チャージとする）原料装入操業も行った。

さらに、実施例及び比較例では、各装入操作でのベル開度及びベル開速度を変更し、コークス比、鉱石傾斜角、及び炉内圧損を計測した。
計測したコークス比、鉱石傾斜角、及び炉内圧損の結果を、以降の表３〜表１０に示す。

上述した表７〜表１０に示すように、ペレット比率が45％と高い比較例２では、炉内での鉱石傾斜角が22.8°と低くなり、炉内圧損が187.0kPaと高くなる。この比較例２の高い炉内圧損は、開速度比や開度比を変更しても、下がることはなかった。また、ペレット比率が15％と低い比較例３では、炉内での鉱石傾斜角が25.2°と高くなり、炉内圧損も184.0kPaと低くなる。ただ、このようにペレット比は高いものは、コークス比も336kg/tpと大きく、低コークス比操業とは到底言い得ないものであった。そこで、表３〜表６に示す実施例では、ペレット比を20％以上、且つ40％以下とした鉄鉱石ペレットを用いて、炉内圧損の低減と低コークス比操業とを可能としている。

次に、コークス装入操作が１バッチしかない比較例４は、設備能力不足のためコークス３の装入が十分に実施できなかった。また、コークス装入操作が３バッチと多い比較例５は、炉内への原料装入が追いつかなくなり、操業継続が困難となった。そこで、表３〜表６に示す実施例では、コークス装入操作を２バッチとして、設備能力不足となることなく、炉内へ原料を確実に装入して操業の継続して行えるようにしている。

次に、鉱石装入操作が１バッチしかない比較例６は、設備能力不足のため鉱石２の装入が十分に実施できなかった。また、１バッチ目の鉱石装入操作、２バッチ目の鉱石装入操作、あるいは１バッチ目の鉱石装入操作と２バッチ目の鉱石装入操作とのベル開速度の平均値に対して、１バッチ目の鉱石装入操作でのベル開速度が小さくなっている比較例７や、ベル開速度が大きくなっている比較例８では、鉱石傾斜角度はやや増加するが、炉内圧損が高いままとなっており、低コークス比操業を十分に行うことができなかった。このような比較例に対し、１バッチ目の鉱石装入操作、２バッチ目の鉱石装入操作、あるいは１バッチ目の鉱石装入操作と２バッチ目の鉱石装入操作とのベル開速度の平均値に対して、１バッチ目の鉱石装入操作でのベル開速度が等しい実施例では、鉱石傾斜角度が増加し、炉内圧損も低くとなっており、コークス比の低い操業を実現することができていることがわかる。

さらに、１バッチ目の鉱石装入操作、２バッチ目の鉱石装入操作、あるいは１バッチ目の鉱石装入操作と２バッチ目の鉱石装入操作とのベル開度の平均値に対して、１バッチ目の鉱石装入操作でのベル開度が小さくなっている比較例９や、ベル開度が大きくなっている比較例１０では、ベル開速度の場合と同様に鉱石傾斜角度はやや増加するものの、炉内圧損が高いままとなっており、コークス比が低い操業とはなっていない。このような比較例に対し、１バッチ目の鉱石装入操作、２バッチ目の鉱石装入操作、あるいは１バッチ目の鉱石装入操作と２バッチ目の鉱石装入操作とのベル開度の平均値に対して、１バッチ目の鉱石装入バッチでのベル開度が等しい実施例では、鉱石傾斜角度が増加し、炉内圧損も低くとなっており、コークス比の低い操業を実現することができていることがわかる。

次に、ベル開度比については上限の閾値「０．７」より大きい「１．０」とし、ベル開速度比については上限の閾値「０．７」より大きい「０．７５」、「０．８」、「０．９」とした比較例１１〜１３や、ベル開速度比については上限の閾値「０．７」より大きい「１．０」とし、ベル開度比については上限の閾値「０．７」より大きい「０．９」、「０．８」、「０．８」とした比較例１５〜１７では、いずれも鉱石傾斜角度が増加せず、コークス比も低下しなかった。

一方、ベル開度比については上限の閾値「０．７」より大きい「１．０」とし、ベル開速度比については下限の閾値「０．２」より小さい「０．１」とした比較例１４や、ベル開速度比については上限の閾値「０．７」より大きい「１．０」としたまま、ベル開度比を下限の閾値「０．３」より小さい「０．２」、「０．１」とした比較例１８、１９では、ベルにおいて鉱石２の詰まりが生じる場合があり、操業が困難となった。開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が「０．２〜０．７」（０．２以上、且つ、０．７以下）となる条件、及び、開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が「０．３〜０．７」（０．３以上、且つ、０．７以下）となる条件をいずれも満足しない比較例では、鉱石傾斜角度が低下し、炉内圧損が高くなり、低コークス比操業を実現することが困難となっていた。

このような比較例に対し、最終バッチの鉱石装入操作において、開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が「０．２〜０．７」（０．２以上、且つ、０．７以下）となる条件、または、開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が「０．３〜０．７」（０．３以上、且つ、０．７以下）となる条件を、いずれか一方でも満足する実施例では、鉱石傾斜角度が増加し、炉内圧損も低くなり、低コークス比操業を実現することができた。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１高炉
２鉱石
３コークス
４原料装入装置
５羽口
６ベルカップ
７アーマー(反発板)
８コークス装入用のシュート（中心装入シュート）

Claims

鉱石中のペレット比率が２０〜４０％とされた鉱石を、コークスと交互に層状になるように、ベル・アーマー方式の原料装入装置を用いて高炉の炉内に装入する原料装入操作を、複数のチャージに亘って繰り返し行う高炉の原料装入方法において、
前記１チャージ分の原料装入操作では、前記コークスを装入するコークス装入操作を２バッチに亘って行った後、前記鉱石を装入する鉱石装入操作を複数バッチ回に亘って行い、
前記１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開度を等しくしたまま前記コークス及び鉱石を装入するものとし、且つ前記１バッチ目のコークス装入操作時のベルの開速度、２バッチ目のコークス装入操作のベルの開速度、及び１バッチ目の鉱石装入操作のベルの開速度を等しくしたまま前記コークス及び鉱石を装入するものとし、
前記複数バッチ回のうちの最終バッチの鉱石装入操作においては、前記コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開速度の平均値Ｕ_Cと、前記鉱石装入操作の最終バッチの開速度Ｕ_Olastとの比である開速度比（Ｕ_Olast/Ｕ_C）が０．２〜０．７となる条件と、前記コークス装入操作の１バッチ目と２バッチ目の開度の平均値ｈ_Cと、前記鉱石装入操作の最終バッチの開度ｈ_Olastとの比である開度比（ｈ_Olast/ｈ_C）が０．３〜０．７となる条件との少なくとも一方を満足するように、前記最終バッチの鉱石を装入する
ことを特徴とする高炉の原料装入方法。